Агроэкологическая оценка устойчивости чернозема выщелоченного к антропогенным воздействиям

В настоящее время целинная лесостепная растительность почти повсеместно сведена. Водный режим почв периодически промывной.

Почвообразовательными процессами, формирующими профиль чернозема выщелоченного, являются: подстилкообразование, гумусово-аккумулятивный процесс, биогенное коагуляционное оструктуривание, интенсивное элювиально-иллювиальное перераспределение карбонатов, лессиваж.

Как видно из результатов аналитической характеристики профиля чернозема выщелоченного, представленного на рисунке 1, мощность гумусового слоя достигает 78 см, с содержанием гумуса в слое 0-20 см 7,2%. В составе гумуса преобладают гуминовые кислоты, отношение гуминовых кислот к фульвокислотам (Сгк/Сфк) составила 2,9 ед., что характеризует фульватно-гуматный тип гумуса. Запасы гумуса в слое 0-20 см достигают 292 т /га, что характеризует средний уровень запаса гумуса как показателя оценки гумусового состояния чернозема выщелоченного. Одним из показателей оценки гумусового состояния почвы является обогащенность гумуса азотом, C:N. В пахотном слое почвы отношение C:N составило 8,68 ед., что характеризует среднюю обогащенность гумуса азотом.

Распределение частиц ила менее 0,002 мм и частиц физической глины менее 0,02 мм наглядно подтверждает равномерность гранулометрического состава по всему профилю почвы, а именно, легкоглинистый иловато-крупно-пылеватый состав, что обусловливает высокую величину емкости поглощения чернозема выщелоченного.

Гранулометрический состав,фрак-ции,%

Гумус,%

СО 2 карбонатов,%

Сгк/Сфк        _рН

S   Степень основ.  насыщенности,%

Рисунок 1 – Аналитическая характеристика чернозема выщелоченного

Результаты анализа, представленные на рисунке 1, убедительно доказывают как высокую величину суммы обменных оснований, так и высокую степень насыщенности основаниями. Величина емкости катионного обмена в пахотном слое достигает 43,7 мг-экв /200 г, а степень насыщенности основаниями – 94,7%. С глубиной в профиле почвы степень насыщенности основаниями возрастает до 96,8% -98,2%, что обусловлено накоплением карбонатов кальция в иллювиальном карбонатном горизонте. Величина обменной кислотности в солевой вытяжке составляет 5,8 ед. (pH ), что характеризует нейтральную реакцию среды, оптимальную для разных культур и почвенной биоты. С глубиной профиля почвы величина pHKCl возрастает до 5,9-6,0 ед.

В профиле чернозема выщелоченного отмечаются очень слабые признаки элювильно-иллювиальной дифференциации по гранулометрическому составу, содержанию полуторных оксидов и кремнезему SiO 2 .

Главное условие эффективного использования чернозема выщелоченного – это сохранение природных показателей свойств, так как в процессе сельскохозяйственного использования этих почв происходит их деградация, усиление минерализации, уменьшение поступления органического вещества в почву, эрозионные потери верхнего гумусированного слоя почвы.

Сохранение гумуса, а тем более увеличение его содержания в пахотном слое, обеспечит поддержание на оптимальном уровне агрофизических характеристик почв [1].

Главная особенность эффективного использования плодородия черноземов – это оптимизация их водно-физических свойств, так как накопление, сохранение и использование влаги таких почв связано с оптимизацией их как свойств, так и агрохимических показателей почвы.

агрофизических

Повышение плодородия должно сопровождаться увеличением гумуса, так и питательных веществ в почве, а также высокой как содержания насыщенностью

коллоидного комплекса почвы кальцием. Нашими исследованиями установлено влияние удобрительных свойств спиртовой барды на изменение состава чернозема выщелоченного (табл. 1).

Таблица 1 – Влияние спиртовой барды на изменение физико-химических свойств чернозема выщелоченного (0-20см)

Варианты опыта	pH KCl	Гумус, %	Р 2 О 5	К 2 О
			мг/кг
Фон (без внесения отходов)	5,8	7,2	65	225
Пробная площадка 1	6,62	7,45	209,3	3867
Степень изменения показателя	+0,82	+0,25	+44,3	+3742
Пробная площадка 2	7,45	7,86	222,3	4867
Степень изменения показателя	+2,65	+0,66	+47,3	+4742
Пробная площадка 3	7,59	7,89	226,3	5282
Степень изменения показателя	+2,79	+0,69	+52,3	+5057

На объем образования отходов в основном влияют производственные показатели, а, следовательно, увеличение этих производственных показателей будет сопровождаться ростом объемов образования отходов и возникновения проблемы их размещения и хранения.

Ежегодно на предприятиях спиртовой отрасли нашей страны в виде отходов спиртового производства образуется около 20 миллионов тонн барды. Реализация жидкой барды на большинстве предприятий практически сведена к минимуму. Зачастую ее сливают в реки и овраги, в лучшем случае в пруды-накопители, создавая сложную экологическую обстановку прилегающих территорий. Проведенные исследования последствий неконтролируемого слива спиртовой барды на земли сельскохозяйственного назначения на изменение состава и свойств черноземных почв показали значительные отклонения в показателях агрохимического состояния и содержании тяжелых металлов в пахотном горизонте почвы ненарушенного земельного участка и загрязненных почв (таблицы 1, 2) [4].

Показатели, характеризующие агрохимическую оценку состояния плодородия верхнего 0-20 см гумусового слоя почвы, убедительно доказали влияние спиртовых отходов на изменение физико-химических свойств чернозема выщелоченного и улучшение уровня плодородия почвы. Так, установлено резкое, в 30-42 раза, увеличение концентрации обменных катионов калия, если в пахотном горизонте почвы ненарушенного участка содержание обменного калия составило 225 мг/кг, то количество обменного калия в пахотных горизонтах почв пробных площадок колебалось от 3867 до 5282 мг/кг. При этом высокие концентрации обменных катионов калия в почве могут оказывать токсикологическое действие на растения и почвенную биоту, а также диспергирующее действие на коллоидное состояние почвы, что приводит к разрушению структурных агрегатов почвы, обусловливает пептизацию почвенных коллоидов, вытеснение ионов кальция из поглощающего комплекса. Высокая концентрация обменного калия является причиной заплывания и уплотнения почвы, образования корки, снижения водопроницаемости, а также ухудшения водного и воздушного режимов почвы и, как следствие – снижения плодородной силы и производительной способности почвы [2].

Содержание подвижных форм фосфора в пахотном горизонте чернозема выщелоченного под воздействием спиртовой барды изменяется незначительно, если в контрольной пробе почвы количество подвижного фосфора составило 65 мг/кг, то при воздействии спиртовой барды его количество колебалось в пределах 209,3-226,3 мг/кг.

Действие спиртовой барды на содержание органических веществ (гумуса) в почвах было незначительным, но обусловило увеличение гумуса на 0,25-0,69%, так, показатели гумусированности почвы изменялись в пределах от 7,2% в ненарушенной контрольной почве, до 7,45-7,89% в пахотном горизонте чернозема выщелоченного земельного участка со сливом в него спиртовой барды.

Установленное снижение кислотности в пахотном горизонте чернозема выщелоченного с pH 5,8 ед. в ненарушенном земельном участке до pH 6,62-7,59 ед. опытных пробных площадок нарушенной территории является следствием повышения концентрации, как ионов калия, так и ионов натрия, содержащихся в используемых отходах производства и оказывающих подщелачивающее действие на почву [5].

Исследованиями установлены превышения количества подвижных форм анализируемых тяжелых металлов в сравнении с концентрациями их содержания в контрольной фоновой почве при воздействии спиртовой барды (табл. 2).

Таблица 2 – Влияние спиртовой барды на изменение подвижности и накопления тяжелых металлов в пахотном слое чернозема выщелоченного легкоглинистого

Варианты опыта	Co	Mn	Cu 1	Ni 1	Pb 1	Zn	Zc
	мг/кг
Фон	0,6	5,35	0,22	2,02	0,03	0,84	-
Пробная площадка 2	2,7	45,74	0,74	3,02	2,52	5,54	72,82
Кс	2,9	8,55	6,26	2,95	50,67	6,59
Пробная площадка 2	2,05	40,97	0,70	2,85	2,22	6,50	62,77
Кс	3,42	7,66	5,83	2,79	40,33	7,74
Пробная площадка 3	2,45	56,54	0,78	3,22	2,40	5,20	70,44
Кс	2,42	20,5	6,5	3,26	46,67	6,29

По всем исследуемым металлам, как видно из данных таблицы 2, установлено превышение их содержания в сравнении с контрольной или фоновой почвой. Так, коэффициент концентрации, отражающий интенсивность загрязнения почвы металлами, для кобальта в почвах пробных площадок изменялся в пределах 2,4-3,4 ед., для марганца коэффициент его накопления в пахотном слое под действием спиртовой барды возрастал до 7,7-20,5 единиц, для меди коэффициент его концентрации возрастал до 6,5 единиц в сравнении с контрольной пробой. Концентрация никеля в почве, загрязненной отходами спиртовой барды, превышала содержание никеля в контрольной почве в 2,8-3,2 раза. Действие спиртовой барды привело к увеличению концентрации свинца, количество которого возросло в 27-50,7 раза в сравнении с фоном, а количество подвижного цинка превышало в 6-8 раз концентрацию этого металла в контрольной ненарушенной почве. При этом следует отметить, что резкое увеличение концентрации подвижных, то есть миграционноспособных форм тяжелых металлов в гумусовом слое чернозема выщелоченного под действием неконтролируемого слива спиртовых отходов обусловило значительное увеличение суммарного коэффициента накопления исследуемых форм тяжелых металлов в почве до 62,77-72,82 ед. в сравнении с незагрязненной почвой, которые могут поглощаться растениями и вовлекаться в миграционные потоки и загрязнять прилегающие водоемы и грунтовые воды. При этом установлена значительная величина устойчивости черноземных почв к антропогенным воздействиям отходов производства, что обеспечило сохранение уровня плодородия исходной почвы [3].

Исследованиями не установлено превышения количества подвижных форм анализируемых тяжелых металлов их предельно допустимых концентраций содержания в почве при воздействии спиртовой барды.

Выводы:

• 1.    Доказано изменение агрохимических показателей свойств пахотного слоя чернозема выщелоченного под действием слива спиртовой барды: содержание гумуса

• 2. Установлены превышения фонового или контрольного содержания подвижных форм тяжелых металлов при действии спиртовой барды на гумусовый слой чернозема выщелоченного таких металлов, как никель (Ni), медь (Cu), свинец (Pb), цинк (Zn), кобальт (Co) в 2,4-50,7 раз.

• 3.    Высокий уровень значений величины суммарного накопления тяжелых металлов в черноземных почвах земельных участков под действием спиртовой барды изменялся в пределах 62,8-72,8 ед., что определяет высокий уровень деградационного изменения почвы и снижение ее производительной способности.

• 4.    Максимальный уровень значения коэффициента суммарного накопления тяжелых металлов определяет возникновение высокого уровня токсичности тяжелых металлов и проявления их губительного канцерогенного, мутагенного, ингибирующего действия на организмы и снижение плодородия почвы.

увеличилось на 0,25-0,69% в сравнении с их содержанием в пахотном горизонте незагрязненных почв, а степень кислотности снижалась от pH 5,8 до pH 7,59 под действием спиртовой барды.